了解这几个点 轻松玩转示波器！

作者： Alan Yang

标签 [工程] [通用][诊断][评估/开发工具][测试 - 工具和其它产品]

[ 示波器 ]是电子工程领域中不可或缺的工具。通过掌握示波器的使用技巧和方法，工程师可以更好地应对各种挑战，提升自己的工作能力和专业水平。我们经常在设计研发过程中使用到示波器。本文将介绍示波器的一些基本概念，以及如何使用示波器实现基本的测量。

1. 什么是示波器？

“示波器是一种电子测量装置，它可以显示电压随时间的函数图。 这使用户能够同时观察电压和时间的变化。许多示波器可以在其屏幕上显示多个电压信号，这使我们具有比较这些信号行为的能力。”

[ DigiKey示波器 ]

DigiKey示波器

上图，我们可以看到两个观察结果:

1. 波形的峰对峰电压可以沿着纵轴测量。它是五个主要分区，垂直增益设置为200mv /分区(见黄色箭头)，这 给出了1伏峰对峰的信号幅度。
2. 横轴为时间，范围设置为200µs/分频(见白色箭头)。 正弦波的一个周期跨越五个主要部分，所以周期是1毫秒，这意味着频率是1千赫。 (这个特殊的示波器有一个计数器，在右上角显示信号的频率。)

• l示波器常用的功能：

1. 测量电压、电压差和时间间隔。
2. 测量重复信号的频率。
3. 比较两个或多个随时间变化的信号，并查看它们之间的关系(例如，一个波形上的特定特征是在另一个波形上的特征之前还是之后出现)。
4. 捕捉瞬变，故障等特别的行为。
5. 测量波形的直流和交流部分。
6. 测量波形的各种特性，如峰对峰电压、均方根电压、周期、上升时间、下降时间等。
7. 检查信号上的噪声，以及修改电路或电缆如何改变信号噪音。
8. 通过直观地比较电路的输入和输出波形来寻找电路中的失真——或者使用示波器将它们相减并查看数学差异。

符号的解释

2. 读取示波器基本信息

• 信号与波形

就示波器而言，“信号”一词是指可能随时间变化的电压。其中一个区别是信号是否具有周期性。周期性意味着信号在不同的间隔内重复地取相同的一组值。 正弦波是周期性波形的一个例子。 让我们来看看它的一些特征:

正弦波

正弦波

非正弦波形

非正弦波形

A - 方波

B - 脉冲波

C - 三角波

D - 斜波（也叫锯齿波）

E - 整流正弦波

F - 平方根波（振幅与波周期开始时间的平方根成正比）

• 屏幕格线

最原始的测量技术是使用屏幕上的格线和计算格数。

举例

[Teledyne]的[HDO4104A]

下图显示了五个周期的正弦波

五个周期的正弦波

正弦波轨迹在垂直方向上覆盖六格，乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系数（见通道 1 描述符方框），即可算出正弦波振幅为 300 mV（峰峰值）。同样，正弦波的周期覆盖了两个水平的栅格，时基描述符方框中的每格为 100 纳秒 (ns)，因而周期为 200 ns。

计算格数的方法似乎有些原始，但它是进行基本测量的非常快捷的方法。

更多内容，请参考：

• [在示波器上进行快速、精确、完整的波形测量]

3. 示波器探头

[ 探头 ]分为很多类型，包括：高阻抗无源、低电容、单端有源、差分有源、高电压和电流探头。其中，无源探头很常见。

实际测量信号，有可能会很大，超出了示波器的输入阈值。这时就需要一个带有衰减器的探头，比如常见的[10X探头]，可以使输入信号衰减10倍。

[Digilent] 的 [460-004]示波器探头 1X/ 100X

还有一种[1X/10X探头]也很受欢迎，因为它们在探头体内包含一个开关，可以让您在1X位置，10X位置和输入线连接到地线的位置之间切换。 然而，1X/10X探头的一个缺点是：当您需要它处于10X位置时，您可能会意外地将它留在1X位置。 这可能导致定性和定量测量误差，因为衰减不是您所期望的，频率响应与10X位置的频率响应有很大不同。

示波器通常提供 50 Ω 或 1 MΩ 的输入端口。50 Ω 端口通常与匹配的同轴电缆配合使用，以连接到带 50 Ω 电流源的电路元件。

使用 1 MΩ 输入端接来连接电路时，源阻抗更高

使用 1 MΩ 输入端接来连接电路时，源阻抗更高。这种连接可以通过多种方式实现，包括直接使用电缆或 [X1 探头]，或者使用高阻抗探头。

DigiKey

[ 示波器探头 ]* 探头连接

将探头上的开关设为1X，将探头连接到示波器上的通道1。要做到这一点，将探头连接器中的槽与CH 1 BNC上的键对齐，推动连接，并向右扭转以将探头锁定到位。将探头尖端和参考导线连接到probe COMP连接器上。

探头连接

高阻抗探头的低频率补偿

高阻抗探头通过低频率补偿过程，与它们连接到的通道相匹配。对于这个过程，所有示波器都提供低频率方波，一般频率为 1 kHz，通常称为 CAL 输出。要利用这项功能，请首先将探头连接到所需的通道，然后将探头尖端连接到 CAL 输出端。触发示波器并在屏幕上查看选定通道轨迹。使用调节工具，在探头连接器盒中更改补偿调节，以获取方波轨迹上的方角，如中间的轨迹所示。

高阻抗探头的低频率补偿

每当探头连接到不同通道时，就应该进行补偿，特别是在任何关键测量之前。很多高阻抗探头还提供高频补偿调节。通常不需要执行这种调节。探头手册提供了此测试的详细信息。

更多示波器探头内容：

• [了解、选择和使用无源示波器探头]

4. 如何使用示波实现基础的测量

示波器显示电压与时间的关系，并测试所显示的波形。不同的测量技术，如刻度，游标和自动测量模式的使用。

我们使用[B&K]的[2190E]来举例：

如何使用示波实现基础的测量

自动测量模式

此模式将在自动测量时生效。仪器在自动测量参数时将显示光标。这些游标显示了这些测量的物理意义。

要进行自动游标测量，请遵循以下步骤:

1. 按光标键，进入“游标测量菜单”。
2. 按“游标模式”单选按钮选择“自动”。
3. 按“MEASURE”键，进入“自动光标测量模式菜单”，选择要测量的参数。

自动测量模式

当你进行自动测量时，示波器会为你完成所有的计算。测量使用内存中所有记录的点，这比使用光栅线或光标测量更准确，因为这些测量仅限于使用显示器上的点，而不是示波器记录的所有数据点。

按“MEASURE”键，自动测试。

有三种自动测量类型:电压测量，时间测量和延迟测量。总共有32个测量参数。

如果要测量电压参数，请按照以下步骤进行:

1. 按“MEASURE”键，进入“自动测量”菜单。
2. 按下第一个单选键，进入“二次测量”菜单。
3. 选择测量类型。如果按下“电压”单选按钮，屏幕上会显示“电压测量”菜单。
4. 按“信号源”单选按钮，根据输入信号通道选择“CH1”、“CH2”。
5. 按“类型”单选按钮，选择要测量的参数类型。测量参数下方会显示相应的图标和数值。

测量Vpp参数

6. 按“返回”单选键，返回“自动测量”菜单首页。选中的参数和对应的数值将显示在首页的顶部位置。

您也可以用同样的方式在相应位置显示其他参数及其值。屏幕可以同时显示5个参数。

如果想使用所有测量功能测量时间参数，请按照以下步骤操作:

1. 按“MEASURE”键，进入“自动测量菜单”。
2. 按顶部单选按钮，进入“自动测量菜单”第二页。
3. 按“All Measure”单选按钮进入“All Measure菜单”。
4. 按“信号源”单选按钮，选择输入信号通道。
5. 按“时间”单选按钮选择“开”。现在所有的时间参数值会同时显示在屏幕上，如下图所示。

测量所有时间参数

最后

掌握示波器的使用对于工程师来说具有重要的意义。通过示波器，工程师可以更加深入地了解电路的工作原理，提高故障排查的效率，优化电路性能。同时，示波器的自动测量功能能够大大节省工程师的时间和精力，使其更加专注于解决实际问题。因此，作为一名工程师，学会使用示波器是必备的技能之一。

更多与示波器使用相关的技术内容，请查看以下内容：

• [通过探针测量电源噪声]
• [什么是虚拟负载，它们是如何使用的？]
• [相位噪声电源调制比(PSMR)测量]
• [抖动 浅谈]
• [示波器电流探头简介]
• [8 位与 12 位示波器的基本原理以及现代 12 位示波器的使用方法]

小编的话

作为电子工程师必备的工具，在电子产品的设计、制造和维修过程中，示波器可以帮助我们精确测量元器件和电子设备的性能参数，提高产品的质量和稳定性，从而提高产品的可靠性和市场竞争力。通过这篇文章，相信我们对示波器有了更加完整的认识。您在使用示波器方面有哪些经验和问题？欢迎留言，分享交流！

审核编辑 黄宇